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用非饱和三相孔弹模型研究浅层土壤中地震波的传播特性

丁卫 吴文雯 王驰 吴智强

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用非饱和三相孔弹模型研究浅层土壤中地震波的传播特性

丁卫, 吴文雯, 王驰, 吴智强

Propagation characteristics of seismic waves in shallow soil with the unsaturated three-phase poroelastic model

Ding Wei, Wu Wen-Wen, Wang Chi, Wu Zhi-Qiang
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  • 研究浅层土壤中声波耦合的地震波的传播特性, 用于声波探雷技术的机理分析. 根据浅层土壤具有孔隙度和可压缩性的特点, 利用非饱和三相孔隙介质中的地震波模型, 研究了土壤孔隙度、含水饱和度等参数对地震波传播特性的影响. 计算结果显示: 在给定的参数条件下, 地震波的传播速度和衰减系数均随频率的增加而增加; 纵波的传播速度随孔隙度的增加而减小, 横波的传播速度随孔隙度的增加而增加; 地震波的传播特性随含水饱和度的增加变化比较复杂. 通过对计算结果与已发表实验结果的比较分析, 讨论了解析方法的可行性, 为声-地震耦合机理及其在声波探雷研究中的应用提供了一定的理论基础.
    In order to study the mechanism of acoustic landmine detection, the propagation characteristics of acoustically coupled seismic waves in shallow soil are investigated. Based on the porosity and compressibility of shallow soil, the influences of parameters including soil porosity and water saturation on the propagation properties of seismic wave are discussed with the model of seismic waves in unsaturated three-phase porous medium. The calculation results show that under the given parameters, the propagation velocity and attenuation coefficient of seismic wave increase with the increase of acoustic frequency. The propagation velocities of longitudinal waves and those of transverse waves respectively decrease and increase with the increase of soil porosity. In addition, the propagation characteristics of acoustically coupled seismic waves become complicated with the increase of water saturation. The feasibility of the analysis method is discussed by comparing the calculation results with the experimental data published previously. As a result, a theoretical foundation is provided for the acoustic-to-seismic coupling mechanism and its application in the study of acoustic resonance landmine detection.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:41104065)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41104065).
    [1]

    Sabatier J M, Bass H E, Bolen L N 1986 J. Acoust. Soc. Am. 80 646

    [2]

    Sabatier J M, Xiang N 1999 International Society for Optics and Photonics 215

    [3]

    Sabatier J M, Korman M S, Xiang N 2002 Proc. SPIE 4742 695

    [4]

    Wang C, Liu Z G, Li X F, Sun F, Zhang G X 2008 Acta Acustica 33 354 (in Chinese) [王驰, 刘志刚, 李醒飞, 孙斐, 张国雄 2008 声学学报 33 354]

    [5]

    Wang C, Yu Y J, Li X F, Liang G Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 6319 (in Chinese) [王驰, 于瀛洁, 李醒飞, 梁光强 2010 物理学报 59 6319]

    [6]

    Wang C, Zhou Y Q, Shen G W, Wu W W, Ding W 2013 Chin. Phys. B 22 124601

    [7]

    Biot M A 1956 J. Acoust. Soc. Am. 28 168

    [8]

    Biot M A 1956 J. Acoust. Soc. Am. 28 179

    [9]

    Dvorkin J, Nur A 1993 Geophysics 58 524

    [10]

    Stern M, Bedford A, Millwater H R 1985 J. Acoust. Soc. Am. 77 1781

    [11]

    Berryman J G 1981 J. Acoust. Soc. Am. 69 416

    [12]

    Denneman A I M, Drijkoningen G G, Smeulders D M J, Wapenaar K 2002 Geophysics 67 282

    [13]

    Mochizuki S 1982 J. Geophys. Res.: Solid Earth 87 8598

    [14]

    Santos J E, Douglas J, Corberó J, Lovera O M 1990 J. Acoust. Soc. Am. 87 1439

    [15]

    Beresnev I A 2013 Geophysics 79 1

    [16]

    Cai Y Q, Li B Z, Xu C J 2006 Chin. J. Rock Mech. Engineer. 25 2009 (in Chinese) [蔡袁强, 李保忠, 徐长节 2006 岩石力学与工程学报 25 2009]

    [17]

    Li B Z 2007 Ph. D. Dissertation (Hangzhou: Zhejiang University) (in Chinese) [李保忠 2007博士学位论文 (杭州: 浙江大学)]

    [18]

    Li C G, Wang S L, Zheng H, Ge X R 2007 Rock and Soil Mechanics 28 293 (in Chinese) [李春光, 王水林, 郑宏, 葛修润 2007 岩土力学 28 293]

    [19]

    Chotiros N P 1998 J. Acoust. Soc. Am. 103 2723

    [20]

    Batzle M L, Han D H, Hofmann R 2006 Geophysics 71 N1

    [21]

    Li Y L, He Z H, Huang D J, Shan Y M, Chen X C, Zhou A B 2001 Natural Gas Industry 21 7 (in Chinese) [李亚林, 贺振华, 黄德济, 单钰铭, 陈晓超, 周阿波 2001 天然气工业 21 7]

    [22]

    Sun Q, Ueno K, Yu H, Kubo A, Matsuo Y, Misawa H 2013 Light: Sci. Appl. 2 e118 (doi:10.1038/lsa.2013.74)

    [23]

    Su Y H, Ke Y F, Cai S L, Yao Q Y 2012 Light: Sci. Appl. 1 e14 (doi:10.1038/lsa.2012.14)

    [24]

    Han H Y, Naranmandula, Shuang S 2012 Acta Phys. Sin. 61 059101 (in Chinese) [韩海英, 那仁满都拉, 双山 2012 物理学报 61 059101]

    [25]

    Fang G, Zhang B 2013 Acta Phys. Sin. 62 154502 (in Chinese) [方刚, 张斌 2013 物理学报 62 154502]

    [26]

    Cui Z W, Liu J X, Yao G J, Wang K X 2010 Chin. Phys. B 19 084301

    [27]

    Tang X W, Sun Z F, Cheng G C 2012 Chin. Phys. B 21 100201

    [28]

    Wu G C 2012 Chin. Phys. B 21 120504

  • [1]

    Sabatier J M, Bass H E, Bolen L N 1986 J. Acoust. Soc. Am. 80 646

    [2]

    Sabatier J M, Xiang N 1999 International Society for Optics and Photonics 215

    [3]

    Sabatier J M, Korman M S, Xiang N 2002 Proc. SPIE 4742 695

    [4]

    Wang C, Liu Z G, Li X F, Sun F, Zhang G X 2008 Acta Acustica 33 354 (in Chinese) [王驰, 刘志刚, 李醒飞, 孙斐, 张国雄 2008 声学学报 33 354]

    [5]

    Wang C, Yu Y J, Li X F, Liang G Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 6319 (in Chinese) [王驰, 于瀛洁, 李醒飞, 梁光强 2010 物理学报 59 6319]

    [6]

    Wang C, Zhou Y Q, Shen G W, Wu W W, Ding W 2013 Chin. Phys. B 22 124601

    [7]

    Biot M A 1956 J. Acoust. Soc. Am. 28 168

    [8]

    Biot M A 1956 J. Acoust. Soc. Am. 28 179

    [9]

    Dvorkin J, Nur A 1993 Geophysics 58 524

    [10]

    Stern M, Bedford A, Millwater H R 1985 J. Acoust. Soc. Am. 77 1781

    [11]

    Berryman J G 1981 J. Acoust. Soc. Am. 69 416

    [12]

    Denneman A I M, Drijkoningen G G, Smeulders D M J, Wapenaar K 2002 Geophysics 67 282

    [13]

    Mochizuki S 1982 J. Geophys. Res.: Solid Earth 87 8598

    [14]

    Santos J E, Douglas J, Corberó J, Lovera O M 1990 J. Acoust. Soc. Am. 87 1439

    [15]

    Beresnev I A 2013 Geophysics 79 1

    [16]

    Cai Y Q, Li B Z, Xu C J 2006 Chin. J. Rock Mech. Engineer. 25 2009 (in Chinese) [蔡袁强, 李保忠, 徐长节 2006 岩石力学与工程学报 25 2009]

    [17]

    Li B Z 2007 Ph. D. Dissertation (Hangzhou: Zhejiang University) (in Chinese) [李保忠 2007博士学位论文 (杭州: 浙江大学)]

    [18]

    Li C G, Wang S L, Zheng H, Ge X R 2007 Rock and Soil Mechanics 28 293 (in Chinese) [李春光, 王水林, 郑宏, 葛修润 2007 岩土力学 28 293]

    [19]

    Chotiros N P 1998 J. Acoust. Soc. Am. 103 2723

    [20]

    Batzle M L, Han D H, Hofmann R 2006 Geophysics 71 N1

    [21]

    Li Y L, He Z H, Huang D J, Shan Y M, Chen X C, Zhou A B 2001 Natural Gas Industry 21 7 (in Chinese) [李亚林, 贺振华, 黄德济, 单钰铭, 陈晓超, 周阿波 2001 天然气工业 21 7]

    [22]

    Sun Q, Ueno K, Yu H, Kubo A, Matsuo Y, Misawa H 2013 Light: Sci. Appl. 2 e118 (doi:10.1038/lsa.2013.74)

    [23]

    Su Y H, Ke Y F, Cai S L, Yao Q Y 2012 Light: Sci. Appl. 1 e14 (doi:10.1038/lsa.2012.14)

    [24]

    Han H Y, Naranmandula, Shuang S 2012 Acta Phys. Sin. 61 059101 (in Chinese) [韩海英, 那仁满都拉, 双山 2012 物理学报 61 059101]

    [25]

    Fang G, Zhang B 2013 Acta Phys. Sin. 62 154502 (in Chinese) [方刚, 张斌 2013 物理学报 62 154502]

    [26]

    Cui Z W, Liu J X, Yao G J, Wang K X 2010 Chin. Phys. B 19 084301

    [27]

    Tang X W, Sun Z F, Cheng G C 2012 Chin. Phys. B 21 100201

    [28]

    Wu G C 2012 Chin. Phys. B 21 120504

  • [1] 刘琳, 张秀梅, 王秀明. 孔隙内填充单一固体的固-固孔隙介质中的声波传播. 物理学报, 2022, 71(9): 099101. doi: 10.7498/aps.71.20212012
    [2] 王颖, 王学锋, 周士弘, 赵晨, 赵俊鹏, 杨勇. 非水平海底情况下海底地震波时域有限差分数值模拟. 物理学报, 2021, 70(22): 224303. doi: 10.7498/aps.70.20210634
    [3] 陈俊祥, 于继东, 耿华运, 贺红亮. 多孔材料的温度和压强计算. 物理学报, 2017, 66(5): 056401. doi: 10.7498/aps.66.056401
    [4] 宋萍, 蔡灵仓, 李欣竹, 陶天炯, 赵信文, 王学军, 方茂林. 低孔隙度疏松锡的高压声速与相变. 物理学报, 2015, 64(10): 106401. doi: 10.7498/aps.64.106401
    [5] 周聪, 王庆良. 考虑频散效应的一维非线性地震波数值模拟. 物理学报, 2015, 64(23): 239101. doi: 10.7498/aps.64.239101
    [6] 段晓亮, 王一博, 杨慧珠. 基于逆散射理论的地震波速度正则化反演. 物理学报, 2015, 64(7): 078901. doi: 10.7498/aps.64.078901
    [7] 陆坤权, 曹则贤, 厚美瑛, 姜泽辉, 沈容, 王强, 孙刚, 刘寄星. 论地震发生机制. 物理学报, 2014, 63(21): 219101. doi: 10.7498/aps.63.219101
    [8] 杨亦春, 郭泉, 吕君, 滕鹏晓. 大地震前出现的异常次声波观测研究. 物理学报, 2014, 63(13): 134302. doi: 10.7498/aps.63.134302
    [9] 方刚, 张斌. 弹性介质的Lagrange动力学与地震波方程. 物理学报, 2013, 62(15): 154502. doi: 10.7498/aps.62.154502
    [10] 陆坤权, 厚美瑛, 姜泽辉, 王强, 孙刚, 刘寄星. 以颗粒物理原理认识地震地震成因、地震前兆和地震预测. 物理学报, 2012, 61(11): 119103. doi: 10.7498/aps.61.119103
    [11] 韩海英, 那仁满都拉, 双山. 具微结构地壳中非线性地震波的演化. 物理学报, 2012, 61(5): 059101. doi: 10.7498/aps.61.059101
    [12] 宋萍, 王青松, 戴诚达, 蔡灵仓, 张毅, 翁继东. 低孔隙度疏松铝的高压声速与冲击熔化. 物理学报, 2011, 60(4): 046201. doi: 10.7498/aps.60.046201
    [13] 胡卫建, 尚红, 刘惠娟, 王夫运, 李平林. 汶川地震后中国及邻区地震活动趋势——地震能量释放特征的“振荡类比”研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4351-4358. doi: 10.7498/aps.59.4351
    [14] 王驰, 于瀛洁, 李醒飞, 梁光强. 土壤-地雷共振系统模型解析. 物理学报, 2010, 59(9): 6319-6325. doi: 10.7498/aps.59.6319
    [15] 李红星, 陶春辉, 周建平, 邓居智, 邓显明, 方根显. 非胶结含水合物沉积物修正等效介质速度模型及其地震波场特征研究. 物理学报, 2009, 58(11): 8083-8093. doi: 10.7498/aps.58.8083
    [16] 李红星, 陶春辉. 双相各向异性随机介质伪谱法地震波场特征分析. 物理学报, 2009, 58(4): 2836-2842. doi: 10.7498/aps.58.2836
    [17] 杜启振, 刘莲莲, 孙晶波. 各向异性粘弹性孔隙介质地震波场伪谱法正演模拟. 物理学报, 2007, 56(10): 6143-6149. doi: 10.7498/aps.56.6143
    [18] 胡恒山. 孔隙地层井壁上的声波首波及其诱导电磁场的原因. 物理学报, 2003, 52(8): 1954-1959. doi: 10.7498/aps.52.1954
    [19] 张铁铮. 磁暴二倍法预报地震的探索. 物理学报, 1976, 25(5): 455-459. doi: 10.7498/aps.25.455
    [20] 齐国英, 郭亚平. 地震波谱与大地震前后中强地震波谱变化. 物理学报, 1976, 25(6): 527-532. doi: 10.7498/aps.25.527
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-18
  • 修回日期:  2014-07-12
  • 刊出日期:  2014-11-05

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